JP4088485B2

JP4088485B2 - Light wave generator and light wave generation method

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Publication number: JP4088485B2
Application number: JP2002196236A
Authority: JP
Inventors: 浩之久保村
Original assignee: オムロンレーザーフロント株式会社
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2022-07-04
Also published as: JP2004039927A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばキセノン等の結晶固体からなるターゲットを供給し、レーザ光をターゲットに照射してプラズマを生成させ、ＥＵＶ（extreme ultraviolet rays）等の光波を発生させる光波発生装置及び光波発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空チャンバ内でターゲット（標的物質）にレーザ光を集光照射して、高温高密度のプラズマを瞬時に生成させ、電子遷移による輻射光としての例えばＥＵＶを取り出して、半導体集積回路の製造工程における縮小投影露光や、各種測定、医療等のために用いている。
上記ターゲットとして例えば金属固体を選んだ場合は、この固体のターゲットにレーザ光を照射してプラズマを発生させると、プラズマの周囲で融解したり気化した物質がプラズマの膨張圧力で吹き飛んでデブリと呼ばれる飛散粒子となり、真空チャンバ内の光学素子等に付着して汚染し、ＥＵＶの減衰の原因ともなる。
【０００３】
このため、例えば、特開昭６１−１５３９３５号公報には、ターゲットとしての水銀等の液体金属を供給用細管（ノズル）から滴下し、このターゲットにレーザパルスを照射してプラズマ化しＥＵＶを発生させる技術が開示されている。
また、特開平１０−２２１４９９号公報には、例えば金属微粒子と希ガスとを混合して供給ノズルから噴射し、噴射された微粒子混合ガスのターゲットにレーザパルスを照射してプラズマ化しＥＵＶを発生させる技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、いずれもノズル直下に向けてレーザ光を照射するために、ターゲット自身に起因するデブリに加え、輻射熱によるノズルからのデブリによっても光学系が汚染されるという問題があった。また、ノズルに熱的損傷をできるだけ与えないようにするための工夫も重要であった。
また、特に気体を供給する場合は、高速に真空排気を行う必要があり、大型の真空排気装置を必要とするためにコストが嵩むという問題もあった。
また、変換効率（照射したレーザ光のエネルギに対する発生したＥＵＶのエネルギの割合）を高めるという観点からは、ターゲットとしては液体や気体よりも固体の方が好ましい。
【０００５】
このために、ターゲットとして低温下で固体化された物質を用い、例えば、金属プレート上に低温下で固体化されたターゲットを複数配置して、順にレーザ光を照射してプラズマ化する技術が提案されている。
しかしながら、ターゲットを打ち尽くした後は、真空チャンバ内に大気を導入して、新しいターゲットを供給する必要があるために、時間と手間を要し実用上煩雑であるという問題があった。
このため、特公平２−４３３１９号公報には、固体化された（常温で気体となる）不活性元素や水の粒子を自由落下させ、このターゲットに水平方向からレーザ光を照射してＥＵＶを得る技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平２−４３３１９号公報記載の上記従来技術では、ターゲットを自由落下させるので、ＥＵＶの光量を増大させようとして、パルス状のレーザ光の繰返周波数を高めようとしても、これに対応させたターゲットの高速供給が困難であるという問題があった。
【０００７】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、ターゲットを比較的高速に供給して、比較的高い繰返周波数でのパルス状レーザ光のターゲットへの照射を可能とし、比較的高頻度の繰返し発光により、大光量の例えばＥＵＶを比較的高い変換効率で得ることができる光波発生装置及び光波発生方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、レーザ光が照射されることによってプラズマ化し、与えられた励起エネルギを光波に換えて輻射するとともに、再結合によって気体となる固体からなるターゲットを供給するターゲット供給装置と、レーザ装置から放射されたレーザ光を前記ターゲット供給装置から供給された前記ターゲットに照射して該ターゲットをプラズマ化し、光波を輻射させるプラズマ生成装置とを備えた光波発生装置であって、前記ターゲットは、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えられ、前記レーザ光の照射のタイミングと同期して、前記レーザ光の照射位置に供給されることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光波発生装置に係り、上記レーザ光は、パルス状に所定の繰返周波数で繰り返し照射されることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の光波発生装置に係り、上記ターゲット供給装置は、上記ターゲットを帯電させる帯電手段と、帯電した上記ターゲットに加速電圧を印加して加速し、上記ターゲットを上記レーザ光の照射位置に供給する加速手段とを有することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の光波発生装置に係り、上記レーザ光の照射のタイミングと、上記加速手段によって上記ターゲットが上記レーザ光の照射位置に供給されるタイミングとを同期させるための同期手段を備えたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の光波発生装置に係り、上記同期手段は、上記加速手段によって運動エネルギを与えられた上記ターゲットの所定の速度検出位置における速度を求める速度検出手段と、上記速度検出手段によって求められた上記速度に基づいて、上記ターゲットの上記速度検出位置から上記レーザ光の照射位置に至るまでに要する所要時間を求める時間算出手段と、上記時間算出手段によって求められた上記所要時間に基づいて、上記レーザ光の照射のためのトリガ信号を生成し上記レーザ装置に供給するトリガ信号供給手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６記載の発明は、請求項３、４又は５記載の光波発生装置に係り、パルス状の波形が所定周期で繰り返されるように電圧が時間変化して上記加速電圧が印加されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７記載の発明は、請求項２記載の光波発生装置に係り、前記ターゲットを所定の回転軸の周りに回転する回転部材に載せ、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えて放出し、前記ターゲットを前記レーザ光の照射位置に供給する加速手段とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項８記載の発明は、請求項２乃至７のいずれか１に記載の光波発生装置に係り、供給される上記ターゲットの量は、照射されるパルス状の上記レーザ光の１パルス分のエネルギによって略全てプラズマ化される量に設定されることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１に記載の光波発生装置に係り、上記ターゲットは、キセノンを含む不活性元素の結晶固体からなることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１０記載の発明は、レーザ光が照射されることによってプラズマ化し与えられた励起エネルギを光波に換えて輻射するとともに、再結合によって気体となる固体からなるターゲットを供給するターゲット供給ステップと、レーザ装置から放射されたパルス状のレーザ光を前記ターゲット供給装置から供給された前記ターゲットに照射して該ターゲットをプラズマ化し、光波を輻射させるプラズマ生成ステップとを含む光波発生方法であって、前記ターゲット供給ステップでは、前記ターゲットは、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えられ、前記励起エネルギビームの照射のタイミングと同期して、前記励起エネルギビームの照射位置に供給されることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の光波発生方法に係り、上記レーザ光は、パルス状に所定の繰返周波数で繰り返し照射されることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１０又は１１記載の光波発生方法に係り、上記ターゲット供給ステップは、上記ターゲットを帯電させる帯電ステップと、帯電した上記ターゲットに加速電圧を印加して加速し、上記ターゲットを上記励起エネルギービームの照射位置に供給する加速ステップとを含むことを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の光波発生方法に係り、上記ターゲット供給ステップは、上記レーザ光の照射のタイミングと、上記加速ステップで上記ターゲットが上記レーザ光の照射位置に供給されるタイミングとを同期させるための同期ステップを含むことを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の光波発生方法に係り、前記同期ステップは、前記加速ステップで帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えられた前記ターゲットの所定の速度検出位置における速度を求める速度検出ステップと、前記速度検出ステップで求められた前記速度に基づいて、前記ターゲットの前記速度検出位置から前記レーザ光の照射位置に至るまでに要する所要時間を求める時間算出ステップと、前記時間算出ステップで求められた前記所要時間に基づいて、前記レーザ光の照射のためのトリガ信号を生成し供給するトリガ信号供給ステップとを含むことを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１５記載の発明は、請求項１２、１３又は１４記載の光波発生方法に係り、パルス状の波形が所定周期で繰り返されるように電圧が時間変化して上記加速電圧が印加されることを特徴としている。
【００２３】
また、請求項１６記載の発明は、請求項１１記載の光波発生方法に係り、前記ターゲット供給ステップは、前記ターゲットを所定の回転軸の周りに回転する回転部材に載せ、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えて放出し、前記ターゲットを前記レーザ光の照射位置に供給する加速ステップを含むことを特徴としている。
【００２４】
また、請求項１７記載の発明は、請求項１１乃至１６のいずれか１に記載の光波発生方法に係り、供給される上記ターゲットの量は、照射されるパルス状の上記レーザ光の１パルス分のエネルギによって略全てプラズマ化される量に設定されることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項１８記載の発明は、請求項１０乃至１７のいずれか１に記載の光波発生方法に係り、上記ターゲットは、キセノンを含む不活性元素の結晶固体からなることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
◇第１実施例
図１は、この発明の第１実施例であるＥＵＶ発生装置の構成を示す図、図２は、同ＥＵＶ発生装置のプラズマ生成装置の主要部及びターゲット供給装置の同期部の構成を示す図、また、図３は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２７】
この例のＥＵＶ発生装置（光波発生装置）１は、図１に示すように、レーザ装置２において発振されたパルス状のレーザ光ＬをターゲットＴに照射してプラズマ化してＥＵＶ（光波）Ｒを生成するプラズマ生成装置３と、プラズマ生成装置３に連結され、プラズマ生成装置３のレーザ照射位置に、超低温製氷装置４によって製造された例えばキセノンの結晶固体からなるターゲットＴを加速された状態で供給するターゲット供給装置５とを備えてなっている。
プラズマ生成装置３及びターゲット供給装置５は、主要部がそれぞれ真空チャンバ６、７内に収容され、少なくとも動作中は、両真空チャンバ６、７内は、真空排気装置（不図示）によって真空排気されて、同一の所定の圧力（真空度）に保たれる。真空チャンバ６、７内が真空に保たれることによって外部とは十分に断熱がなされる。
【００２８】
プラズマ生成装置３は、図１に示すように、真空チャンバ６内に、レーザ装置２から放射されたパルス状のレーザ光Ｌを収束させる集光レンズ８と、ＥＵＶＲを集めるコレクタミラー９とが配置され、また、ＥＵＶＲが射出される射出口１１と、真空排気装置に接続された排気ダクト１２と、レーザ光Ｌを減衰させるビームダンパ１３とが取り付けられてなっている。
この例では、レーザ装置２は、半導体励起固体レーザ装置であり、レーザ装置２からは、パルス状のレーザ光Ｌが放射され、このレーザ光Ｌは、パルス１つ分のエネルギが数１００［ｍＪ］〜１［Ｊ］、平均出力が数［ｋＷ］〜数１０［ｋＷ］、パルスの繰返周波数ｆが、（ｆ＝１［ｋＨｚ］）に設定される。
【００２９】
ターゲット供給装置５は、図１及び図２に示すように、超低温製氷装置４によって製造されて氷柱状に搾り出され、輸送管２１を介して送られてきたターゲット材料を切断して所定の寸法及び形状のターゲットＴに加工する加工部２２と、ターゲットＴに所定の帯電電圧を印加して帯電させる帯電部（帯電手段）２３と、帯電したターゲットＴに加速電圧を印加して加速し、プラズマ生成装置３のレーザ照射位置までターゲットＴを輸送する加速輸送部（加速手段）２４と、レーザ装置２からのレーザ光照射のタイミングとレーザ照射位置へのターゲットＴの供給のタイミングとを同期させるための同期部（同期手段）２５とを有してなっている。
【００３０】
この例では、プラズマ生成装置３に供給されるターゲットＴは、密度３．５［ｇ／ｃｃ］、直径ｄは（ｄ＝２００［μｍ］）の略球状の固体キセノンである。このターゲットＴの大きさは、１回のパルス状のレーザ光Ｌの照射で完全にプラズマ化される程度に設定される。
加工部２２は、図１及び図３に示すように、中心軸の周りに回転自在に支持され、側面部に多数の切断刄２６ａが形成された略円板状部材からなる回転カッタ２６を有している。この例では、回転カッタ２６の厚さｓは、（ｓ＝１００［μｍ］）とされる。
【００３１】
帯電部２３は、内部をターゲットＴが通過可能な中空の円筒状の絶縁性部材２７の外壁面に配置された電極２８ａ、２８ｂ間に直流電圧を印加し、静電界が形成された絶縁性部材２７の内部を通過するターゲットＴを帯電させる帯電電圧発生部２９を有している。この例では、各ターゲットＴには、５００［μＣ］の電荷が与えられる。
加速輸送部２４は、ターゲットＴが表面を加速されながら輸送される例えば中空の円筒状又は半円筒状の絶縁性部材３１の先端部と後端部とに配置された電極３２ａ、３２ｂ間に例えば直流電圧を印加し、ターゲットＴを加速させるための加速電圧発生部３３を有している。
【００３２】
同期部２５は、ＬＥＤ等の発光素子３４ａ（３５ａ）と受光素子３４ｂ（３５ｂ）との組合せからなる光学式検知器（速度検出手段の一部）３４（３５）と、基準クロック信号を発生する基準クロック発生回路（速度検出手段の一部）３６と、２対の光学式検知器３４、３５から送られてきた検出信号と、基準クロック発生回路３６から供給された基準クロック信号とに基づいて、所定の速度検出位置におけるターゲットＴの速度を算出する速度演算部（速度検出手段の一部）３７と、予め設定されたターゲットＴに加えられる加速度ａと速度演算部３７によって算出されたターゲットＴの速度と速度検出位置とに基づいて、速度検出位置からレーザ照射位置に到達するまでの所要時間を算出する時間演算部（時間算出手段）３８と、トリガパルスを発生するパルス発生回路（トリガ信号供給手段の一部）３９と、パルス発生回路３９によって生成されたトリガパルスを、時間演算部３８によって算出された時間遅延させてレーザ装置２に供給する遅延回路（トリガ信号供給手段の一部）４１とを有している。
【００３３】
この例では、レーザ光Ｌのパルスの繰返周波数ｆに対応させて、ターゲット供給装置５におけるターゲットＴの供給条件が設定される。
プラズマ生成装置３のレーザ照射位置に供給されているターゲットＴと、このターゲットＴの直前に位置し次にレーザ照射位置に供給されるターゲットＴとの間の距離である供給間隔ｐ（図１参照）は、（ｐ＝５［ｃｍ］）に設定される。
また、搾出速度ｖ_０は、（ｖ_０＝（ｄ＋ｓ）ｆ＝（２００［μｍ］＋１００［μｍ］）×１［ｋＨｚ］＝３０［ｃｍ／ｓ］）とされる。
【００３４】
また、レーザ照射位置に供給されるターゲットＴの供給速度ｖ_１は、（ｖ_１＝ｐ／（１／ｆ）＝５０［ｍ／ｓ］）とされる。
また、ターゲットＴに時間ｔ_ａの間一定の加速度ａが与えられるとすると、（ｖ_１＝ａｔ_ａ＝５０［ｍ／ｓ］）であるので、（ｔ_ａ＝５０［ｍｓ］）と設定すると、（ａ＝１０００［ｍ／ｓ^２］）となる。
したがって、加速輸送部２４の加速領域の長さＬは、（Ｌ＝（１／２）ａｔ_ａ ^２＝１．２５［ｍ］）となる。
【００３５】
また、ターゲットＴに与えられる外力Ｆは、初速度を０［ｍ／ｓ］とすると、ターゲットＴの質量ｍが、その体積及び密度から（ｍ＝１．４７［ｍｇ］）と求められることから、（Ｆ＝ｍａ＝１．４７［Ｎ］）と算出される。
上述したように、帯電部２３によって、ターゲットＴに５００［μＣ］の電荷が与えられると、上記供給速度ｖ_１を得るために、加速電圧発生部３３によって電極３２ａ、３２ｂ間に印加される直流電圧Ｖは、（Ｖ＝３．６５［ｋＶ］）となる。
【００３６】
次に、図１及び図２を参照して、この例のＥＵＶ発生装置の動作について説明する。
ターゲット供給装置５において、図１及び図３に示すように、加工部２２の高速で回転する回転カッタ２６は、超低温製氷装置４から所定の搾出速度ｖ_０で搾り出され輸送管２１を介して送られてきたターゲット材料を切断して、所定の寸法及び形状のターゲットＴとする。
切断されたターゲットＴは、円筒状の絶縁性部材２７の内部を通過することによって所定の電荷を与えられて帯電し、絶縁性部材３１の後端部に落下する。帯電したターゲットＴは、加速電圧発生部３３によって印加された加速電圧によって絶縁性部材３１上を所定の加速度で速度を増しながらプラズマ生成装置３のレーザ照射位置に向けて輸送される。
【００３７】
ここで、ターゲットＴの加速領域の輸送経路上に配置された光学式検知器３４、３５を通過すると、発光素子３４ａから受光素子３４ｂへ向けて放射された放射光、発光素子３５ａから受光素子３５ｂへ向けて放射された放射光が、それぞれ遮られて、受光素子３４ｂ、３５ｂが対応する検出信号を速度演算部３７へ送る。
速度演算部３７は、まず、受光素子３４ｂから検出信号を受け取り、一定時間後受光素子３５ｂから検出信号を受け取る。速度演算部３７は、基準クロック発生回路３６から供給される基準クロック信号に基づいて、クロックパルスのパルス数を計数し、両検出信号の受信時刻間の差と、光学式検知器３４と光学式検知器３５との距離とに基づいて、ターゲットＴの速度検出位置（光学式検知器３５の設置位置）における速度を算出し、速度情報を時間演算部３８へ送る。
【００３８】
時間演算部３８は、速度演算部３７から送られてきた速度情報と、予め設定されたターゲットＴに加えられる加速度ａと、ターゲットＴの速度検出位置とレーザ照射位置との間の距離とに基づいて、ターゲットＴの速度検出時刻からレーザ照射位置への到達時刻までに要する時間を算出し、所要時間情報を遅延回路４１に与える。
遅延回路４１は、時間演算部３８から送られてきた所要時間情報に基づいて、パルス発生回路３９から供給されたトリガパルスを遅延させて、レーザ装置２に供給する。
【００３９】
こうして、レーザ装置２は、ターゲットＴがレーザ照射位置に到達する所定のタイミングでトリガパルスを受け取り、ターゲットＴへ向けてパルス状のレーザ光Ｌを照射する。
レーザ装置２から放射されたパルス状のレーザ光Ｌは、集光レンズ８によって収束されて、ターゲットＴに照射される。これによりターゲットＴは、瞬時にプラズマ化し、電子遷移による輻射光としてのＥＵＶＲが生成される。
ＥＵＶＲは、コレクタミラー９によって集光されて、ＥＵＶ取出ダクト１１から取り出される。再結合して気体に戻ったキセノンは排気ダクト１２から真空排気装置によって排出され、次のレーザ光照射時のＥＵＶＲの再吸収が抑制される。
以上の動作は繰り返し行われ、レーザ装置２からは、パルス状のレーザ光Ｌが所定の繰返周波数ｆで繰り返し放射され、高速に次々に供給されるターゲットＴに照射されて、プラズマ化され、大光量（大出力）のＥＵＶＲが取り出される。
【００４０】
このように、この例の構成によれば、レーザ装置２において、比較的高い繰返し周波数で、パルス状のレーザ光Ｌを放射し、これに対応させてレーザ照射位置に向けてターゲットＴを加速輸送部２４において加速して比較的高速に次々に供給するので、比較的高頻度の繰返し発光により、大光量（高出力）のＥＵＶを得ることができる。
また、同期部２５において、ターゲットＴの輸送経路上の所定の位置で速度を検出し、ターゲットＴがレーザ照射位置に到達するタイミングでレーザ装置２にトリガパルスを与えるので、確実にレーザ光ＬをターゲットＴに照射し、プラズマ化することができる。
【００４１】
また、ターゲットＴの大きさは、１回のパルス状のレーザ光Ｌの照射で完全にプラズマ化される程度とされているので、例えばプラズマ化されずに残留した気体によるＥＵＶの再吸収がなく、再結合して気体に戻ったものも真空排気装置によって迅速に排気され、直後のレーザ光照射時におけるＥＵＶの再吸収も抑制されるので、一段と大光量のＥＵＶを得ることができる。また、排気についても従来技術と比較して高速に行う必要がない。
特に、ターゲットとして例えば気体を供給するような場合に比較して、高速に行う必要がないので、真空排気装置は必ずしも大型で高性能のものでなくても良い。
また、上述したように、比較的高頻度の繰返し発光が可能であるので、ターゲットＴの大きさを比較的小さくし、レーザ装置２におけるレーザ光Ｌ放射の繰返し周波数ｆを高めることによって、一段と高効率で大光量のＥＵＶを得ることができる。
【００４２】
また、ターゲットＴとして超低温で固体化された不活性元素を用いるので、比較的高い変換効率を得ることができるとともに、例えばコレクタミラーに対するデブリによる汚染を防止することができる。
また、ターゲットとして液体や気体を供給する場合のように、ターゲットを供給するためのノズルを必要としないので、ノズル近傍へのレーザ光照射によるノズルへのノズルへの熱的損傷を回避するための工夫も無用であり、ノズルに由来するデブリによる例えばコレクタミラーに対する汚染の心配もない。
【００４３】
◇第２実施例
図４は、この発明の第２実施例であるＥＵＶ発生装置のターゲット供給装置を構成する加速電圧発生部において発生される加速電圧の時間的変化を示す波形図である。
この例が上述した第１実施例と大きく異なるところは、第１実施例では一定の大きさの加速電圧を印加したのに対して所定周期のパルス状の加速電圧を印加するように構成した点である。
これ以外の構成は、上述した第１実施例の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。
【００４４】
この例では、加速輸送部２４は、ターゲットＴが表面を加速されながら輸送される絶縁性部材３１の先端部と後端部とに配置された電極３２ａ、３２ｂ間に比較的短い周期の矩形パルス列の電圧を印加して、ターゲットＴを加速させるための加速電圧発生部３３を有している。
加速電圧発生部３３によって発生され、電極３２ａ、３２ｂ間に印加される加速電圧の波形は、図４に示すように、例えば周期Ｔ_０が、（Ｔ_０＝２［ｍｓ］）、デューティ比が５０［％］の矩形パルス状とされる。また、パルスの高さ（電圧値）は、略７．５［ｋＶ］とされる。また、加速輸送部２４の加速領域の長さＬは、（Ｌ＝２．５［ｍ］）に設定される。なお、加速時間ｔ_ａは、第１実施例と同様に、（ｔ_ａ＝５０［ｍｓ］）とされる。
【００４５】
この例の構成によれば、上述した第１実施例と略同様の効果を得ることができる。
加えて、比較的高い加速電圧を比較的短い周期の矩形パルスとして印加するので、各ターゲットＴを確実に分離して加速し、比較的高い繰返周波数であっても対応してターゲットＴを確実にかつ高速に供給することができる。
【００４６】
以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述の実施例では、略鉛直方向に沿って上方からレーザ光を照射し、水平方向からレーザ照射位置に向けてターゲットを供給する場合について述べたが、レーザ光の入射方向（照射方向）及びターゲットの入射方向（供給方向）につては、特に限定されず、両者のなす角度も直角とは限らず、鈍角であっても鋭角であっても良い。
また、ターゲットを落下（自由落下又は重力以外の外力を付加）させて水平方向からレーザビームを照射するようにしても良いし、水平方向と限らず斜め上方から又は斜め下方から照射させるようにしてもい良い。
また、発生させる光波は、ＥＵＶとは限らず、可視光線からガンマ線まで含まれる。
【００４７】
また、遠心力を利用してターゲットを加速してプラズマ生成装置に供給するようにしても良い。例えば、一端側の回転軸の周りに回転し、他端側にターゲットを上方から受け取って載置し側面を囲んでターゲットを拘束する載置部を配置した腕状部材を設け、回転によってターゲットに所定の運動エネルギを与え、所定のタイミングで拘束を解いて放出し、レーザ照射位置へ向けてターゲットを入射させるようにしても良い。
ここで、腕状部材は複数設けるようにしても良いし、中央部に回転軸を設け、両端部にターゲットを配置するようにしても良い。また、ターゲットを受け取るときに回転を停止させるようにしても良い。また、腕状部材に限らず円板状部材を回転させ、周縁部にターゲットを収納し底部が昇降可能とされた凹部を設け、所定のタイミングで底部を上昇させてターゲットを放出するようにしても良い。
このように、遠心力を利用し機械的にターゲットに運動エネルギを与えてターゲットを供給する方法により、ターゲット供給装置を比較的安価に構成することができる。
【００４８】
また、レーザ装置の繰返周波数は、勿論１［ｋＨｚ］に限らずこれ以上の値であっても良い。また、例えば、数［ｍｉｎ］に１つのパルスを、数［ｋＪ］のエネルギで放射するようにしても良い。
また、回転カッタによって切断されたターゲットをこのまま落下させずに、斜め下方に滑走するように案内しても良い。また、速度検出のためのセンサは、ＬＥＤ等の発光素子と受光素子との組合せに限らず、例えばドップラ効果を利用するものであっても良い。
また、ターゲット材料としては、キセノンに限らず、例えば、アルゴンやクリプトン等の他の不活性元素の固体や、二酸化炭素の固体、アンモニアの固体等を用いるようにしても良い。
【００４９】
また、回転カッタは、平板形に限らず、例えば螺旋形状であっても良い。
また、超低温製氷装置の絞出口は、複数設けられていても良い。これらの複数の絞出口からターゲット材料をそれぞれ切り出して、ターゲットを順次加速して、レーザ照射位置に向けて供給するようにしても良い。これにより、一段と高速にターゲットを供給し、大光量のＥＵＶを取り出すことができる。
また、加速輸送部を複数設けて、異なる方向からターゲットをレーザ照射位置に向けて供給するようにしても良いし、ターゲット供給装置を複数設けるようにしても良い。
また、ターゲットを帯電させるのは、回転カッタによる切断後と限らず、切断前であっても良い。
また、算出れた速度と予め設定された速度とに基づいて、加速電圧発生部に制御信号を送出して、加速電圧を制御して一定に保つようにしても良い。また、同様に、ターゲット材料の絞出し速度や、回転カッタの回転速度、帯電電圧等も制御するようにしても良い。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、レーザ光の照射位置に向けてターゲットを加速して比較的高速に次々に供給するので、比較的高頻度の繰返し発光により、大出力の光波を得ることができる。
例えば、比較的高い繰返し周波数で、パルス状のレーザ光を放射する場合、これに対応させてレーザ照射位置に向けてターゲットを比較的高速に供給することができる。
また、ターゲットの輸送経路上の所定の位置で速度を検出し、ターゲットがレーザ光の照射位置に到達するタイミングで例えばレーザ装置にトリガ信号を与えるので、確実にレーザ光をターゲットに照射し、プラズマ化することができる。
【００５１】
また、ターゲットの大きさを、例えば１回のパルス状のレーザ光の照射で完全にプラズマ化される程度とすることによって、プラズマ化されずに残留した気体による光波の再吸収がなく、再結合して気体に戻ったものも真空排気装置によって迅速に排気して、直後のレーザ光照射時における光波の再吸収も抑制されるので、一段と大出力の光波を得ることができる。また、排気についても従来技術と比較して高速に行う必要がない。
特に、ターゲットとして例えば気体を供給するような場合に比較して、高速に行う必要がないので、真空排気装置は必ずしも大型で高性能のものでなくても良い。
【００５２】
また、比較的高頻度の繰返し発光が可能であるので、ターゲットの大きさを比較的小さくし、レーザ光放射の繰返し周波数を高めることによって、一段と高効率で大出力の光波を得ることができる。
また、ターゲットを加速する際に、比較的高い加速電圧を比較的短い周期の矩形パルスとして印加することによって、各ターゲットを確実に分離して加速し、例えば比較的高い繰返周波数のパルス状のレーザ光を照射する場合であっても、ターゲットを確実にかつ高速に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の第１実施例であるＥＵＶ発生装置の構成を示す図である。
【図２】同ＥＵＶ発生装置のプラズマ生成装置の主要部及びターゲット供給装置の同期部の構成を示す図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】この発明の第２実施例であるＥＵＶ発生装置のターゲット供給装置を構成する加速電圧発生部において発生される加速電圧の時間的変化を示す波形図である。
【符号の説明】
１ＥＵＶ発生装置（光波発生装置）
２レーザ装置
３プラズマ生成装置
４超低温製氷装置
５ターゲット供給装置
２２加工部
２３帯電部（帯電手段）
２４加速輸送部（加速手段）
２５同期部（同期手段）
２９帯電電圧発生部
３３加速電圧発生部
３４、３５光学式検出器（速度検出手段の一部）
３６基準クロック発生回路（速度検出手段の一部）
３７速度演算部（速度検出手段の一部）
３８時間演算部（時間算出手段）
３９パルス発生回路（トリガ信号供給手段の一部）
４１遅延回路（トリガ信号供給手段の一部）
Ｌレーザ光
ＲＥＵＶ（光波）
Ｔターゲット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light wave generating apparatus and a light wave generating method for supplying a target made of a crystalline solid such as xenon, generating plasma by irradiating the target with laser light, and generating light waves such as extreme ultraviolet rays (EUV). .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a laser beam is focused and irradiated on a target (target material) in a vacuum chamber, and high-temperature and high-density plasma is instantaneously generated. It is used for reduced projection exposure, various measurements, medical treatments, etc. in the manufacturing process.
When, for example, a metal solid is selected as the target, when a plasma is generated by irradiating the solid target with laser light, a substance melted or vaporized around the plasma is blown off by the expansion pressure of the plasma and is called debris. It becomes scattered particles, adheres to and contaminates optical elements in the vacuum chamber, and causes EUV attenuation.
[0003]
For this reason, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-153935, a liquid metal such as mercury is dropped from a supply thin tube (nozzle) as a target, and this target is irradiated with a laser pulse to generate plasma and generate EUV. Technology is disclosed.
In JP-A-10-212499, for example, metal fine particles and a rare gas are mixed and ejected from a supply nozzle, and the target of the fine particle mixed gas is irradiated with a laser pulse to generate plasma and generate EUV. Technology is disclosed.
[0004]
However, in any case, since the laser beam is irradiated directly under the nozzle, there is a problem that the optical system is contaminated by debris from the nozzle due to radiant heat in addition to debris caused by the target itself. In addition, a device for minimizing thermal damage to the nozzle was also important.
In particular, when gas is supplied, it is necessary to perform evacuation at a high speed, and a large-scale evacuation apparatus is required, which increases the cost.
Further, from the viewpoint of increasing the conversion efficiency (ratio of EUV energy generated with respect to the irradiated laser light energy), the target is preferably solid rather than liquid or gas.
[0005]
For this purpose, a technology has been proposed in which a substance solidified at a low temperature is used as a target. For example, a plurality of targets solidified at a low temperature are arranged on a metal plate, and a laser beam is irradiated in order to form a plasma. Has been.
However, after exhausting the target, it is necessary to introduce air into the vacuum chamber and supply a new target, which requires a lot of time and effort and is complicated in practice.
For this reason, in Japanese Patent Publication No. 2-43319, solidified inert gas (which becomes a gas at room temperature) and water particles are freely dropped, and this target is irradiated with laser light from the horizontal direction to emit EUV. Obtaining techniques are disclosed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the above-described conventional technique described in Japanese Patent Publication No. 2-43319 allows the target to fall freely, it is possible to increase the EUV light amount and to increase the repetition frequency of the pulsed laser beam. There was a problem that high-speed supply of the target was difficult.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can supply a target at a relatively high speed to enable irradiation of the target with pulsed laser light at a relatively high repetition frequency. It is an object of the present invention to provide a light wave generating apparatus and a light wave generating method capable of obtaining a large amount of light, for example, EUV with relatively high conversion efficiency by repeating light emission.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is made of a solid that is turned into plasma when irradiated with laser light, radiates the applied excitation energy into light waves, and becomes a gas by recombination. A light wave comprising: a target supply device that supplies a target; and a plasma generation device that irradiates the target supplied from the target supply device with laser light emitted from a laser device to convert the target into plasma and emit light waves A generator, wherein the target isCharge acceleration by chargingFlying energy is given and it is supplied to the irradiation position of the laser beam in synchronization with the irradiation timing of the laser beam.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the light wave generator according to the first aspect, wherein the laser light is repeatedly irradiated in a pulse shape at a predetermined repetition rate.
[0010]
The invention according to claim 3 relates to the light wave generator according to claim 1 or 2, wherein the target supply device accelerates by applying an acceleration voltage to the charged target and charging means for charging the target. And accelerating means for supplying the target to the irradiation position of the laser beam.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the light wave generating device according to the third aspect, wherein the timing of the laser beam irradiation and the timing at which the target is supplied to the laser beam irradiation position by the acceleration means. It is characterized by providing a synchronization means for synchronizing.
[0012]
The invention according to claim 5 relates to the light wave generator according to claim 4, wherein the synchronization means obtains a speed at a predetermined speed detection position of the target given kinetic energy by the acceleration means. Means, a time calculation means for obtaining a time required from the speed detection position of the target to the irradiation position of the laser beam based on the speed obtained by the speed detection means, and the time calculation means Trigger signal supply means for generating a trigger signal for irradiating the laser beam and supplying it to the laser device based on the required time obtained is provided.
[0013]
The invention according to claim 6 relates to the light wave generator according to claim 3, 4 or 5, wherein the acceleration voltage is applied by changing the voltage over time so that the pulsed waveform is repeated at a predetermined period. It is characterized by that.
[0014]
  A seventh aspect of the present invention relates to the light wave generator according to the second aspect, wherein the target is mounted on a rotating member that rotates about a predetermined rotation axis., By charging acceleration by chargingAccelerating means for supplying and emitting flight energy and supplying the target to the irradiation position of the laser light are provided.
[0015]
The invention according to claim 8 relates to the light wave generator according to any one of claims 2 to 7, wherein the amount of the target to be supplied is equivalent to one pulse of the pulsed laser beam to be irradiated. It is characterized in that it is set to an amount that is almost entirely converted into plasma by the energy of the.
[0016]
A ninth aspect of the present invention relates to the light wave generator according to any one of the first to eighth aspects, wherein the target is made of a crystalline solid of an inert element containing xenon.
[0017]
  The invention according to claim 10 is a target supply step of supplying a target made of a solid that becomes gas by recombination while radiating the excitation energy converted into plasma by being irradiated with laser light and radiating it instead of light waves. And a plasma generation step of irradiating the target supplied from the target supply device with the pulsed laser light emitted from the laser device to convert the target into plasma and radiating light waves. In the target supply step, the target is:Charge acceleration by chargingFlying energy is given, and it is supplied to the irradiation position of the excitation energy beam in synchronization with the irradiation timing of the excitation energy beam.
[0018]
An eleventh aspect of the present invention relates to the light wave generation method according to the tenth aspect, wherein the laser light is repeatedly irradiated in a pulse shape at a predetermined repetition rate.
[0019]
A twelfth aspect of the invention relates to the light wave generation method according to the tenth or eleventh aspect, wherein the target supply step includes a charging step for charging the target, and acceleration by applying an acceleration voltage to the charged target. And an acceleration step of supplying the target to the irradiation position of the excitation energy beam.
[0020]
The invention described in claim 13 relates to the light wave generation method according to claim 12, wherein the target supply step includes the timing of irradiation with the laser beam and the target at the irradiation position of the laser beam in the acceleration step. It is characterized by including a synchronization step for synchronizing the supplied timing.
[0021]
  The invention according to claim 14 relates to the light wave generation method according to claim 13, wherein the synchronization step is the acceleration step.Charge acceleration by chargingA speed detection step for obtaining a speed at a predetermined speed detection position of the target given flight energy, and irradiation of the laser light from the speed detection position of the target based on the speed obtained in the speed detection step A time calculating step for obtaining a time required to reach the position, and a trigger signal supplying step for generating and supplying a trigger signal for irradiating the laser beam based on the required time obtained in the time calculating step; It is characterized by including.
[0022]
The invention according to claim 15 relates to the light wave generating method according to claim 12, 13 or 14, wherein the acceleration voltage is applied by changing the voltage over time so that the pulsed waveform is repeated at a predetermined period. It is characterized by that.
[0023]
  The invention according to claim 16 relates to the light wave generation method according to claim 11, wherein the target supply step places the target on a rotating member that rotates around a predetermined rotation axis.Charge acceleration by chargingIt is characterized by including an acceleration step of supplying and releasing flight energy and supplying the target to the irradiation position of the laser beam.
[0024]
The invention according to claim 17 relates to the light wave generation method according to any one of claims 11 to 16, wherein the amount of the target to be supplied is equivalent to one pulse of the pulsed laser beam to be irradiated. It is characterized in that it is set to an amount that is almost entirely converted into plasma by the energy of the.
[0025]
The invention according to claim 18 relates to the light wave generating method according to any one of claims 10 to 17, wherein the target is made of a crystalline solid of an inert element containing xenon.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The description will be made specifically using examples.
◇ First example
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an EUV generator according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a main part of a plasma generator of the EUV generator and a synchronizer of a target supply device. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
[0027]
As shown in FIG. 1, an EUV generator (light wave generator) 1 in this example irradiates a target T with a pulsed laser beam L oscillated in a laser device 2 to form plasma and emits an EUV (light wave) R. A plasma generation device 3 to be generated, and a target T made of, for example, xenon crystal solid manufactured by the ultra-low temperature ice making device 4 is supplied to the laser irradiation position of the plasma generation device 3 in an accelerated state. The target supply device 5 is provided.
The main parts of the plasma generation device 3 and the target supply device 5 are housed in vacuum chambers 6 and 7, respectively, and at least during operation, both the vacuum chambers 6 and 7 are evacuated by a vacuum evacuation device (not shown). Thus, the same predetermined pressure (degree of vacuum) is maintained. By keeping the inside of the vacuum chambers 6 and 7 in vacuum, the outside is sufficiently insulated.
[0028]
As shown in FIG. 1, the plasma generation device 3 includes a condensing lens 8 for converging the pulsed laser light L emitted from the laser device 2 and a collector mirror 9 for collecting EUVR in the vacuum chamber 6. In addition, an injection port 11 through which EUVR is emitted, an exhaust duct 12 connected to the vacuum exhaust device, and a beam damper 13 for attenuating the laser light L are attached.
In this example, the laser device 2 is a semiconductor excitation solid-state laser device, and the laser device 2 emits a pulsed laser beam L, and the energy of one pulse is several hundreds [mJ]. ] To 1 [J], the average output is set to several [kW] to several 10 [kW], and the pulse repetition frequency f is set to (f = 1 [kHz]).
[0029]
As shown in FIGS. 1 and 2, the target supply device 5 is manufactured by the ultra-low temperature ice making device 4 and squeezed into an ice column shape, and cuts the target material sent through the transport pipe 21 to a predetermined size. And a processing section 22 for processing the target T having a shape, a charging section (charging means) 23 for applying a predetermined charging voltage to the target T and charging, and applying acceleration voltage to the charged target T to accelerate the plasma. In order to synchronize the acceleration transport unit (acceleration means) 24 that transports the target T to the laser irradiation position of the generation apparatus 3 and the timing of laser light irradiation from the laser apparatus 2 and the timing of supply of the target T to the laser irradiation position. The synchronizing part (synchronizing means) 25 is provided.
[0030]
In this example, the target T supplied to the plasma generator 3 is a substantially spherical solid xenon having a density of 3.5 [g / cc] and a diameter d (d = 200 [μm]). The size of the target T is set to such an extent that it can be completely converted to plasma by one irradiation of the pulsed laser beam L.
As shown in FIGS. 1 and 3, the processing portion 22 includes a rotary cutter 26 that is supported by a rotation around a central axis and is formed of a substantially disk-shaped member having a plurality of cutting rods 26a formed on a side surface portion. is doing. In this example, the thickness s of the rotary cutter 26 is (s = 100 [μm]).
[0031]
The charging unit 23 applies a DC voltage between the electrodes 28a and 28b disposed on the outer wall surface of the hollow cylindrical insulating member 27 through which the target T can pass, and an insulating member in which an electrostatic field is formed. 27 has a charging voltage generator 29 that charges the target T passing through the inside of the terminal 27. In this example, each target T is given a charge of 500 [μC].
The accelerated transport portion 24 is, for example, between the electrodes 32a and 32b disposed at the front end portion and the rear end portion of the hollow cylindrical or semi-cylindrical insulating member 31 in which the target T is transported while being accelerated on the surface. An acceleration voltage generator 33 for applying a DC voltage and accelerating the target T is provided.
[0032]
The synchronization unit 25 generates an optical detector (a part of the speed detection means) 34 (35) composed of a combination of a light emitting element 34a (35a) such as an LED and a light receiving element 34b (35b), and a reference clock signal. Based on a reference clock generation circuit (part of speed detection means) 36, detection signals sent from the two pairs of optical detectors 34 and 35, and a reference clock signal supplied from the reference clock generation circuit 36 A speed calculation unit (a part of the speed detection means) 37 for calculating the speed of the target T at a predetermined speed detection position, and an acceleration a applied to the preset target T and the target T calculated by the speed calculation unit 37 A time calculation unit (time calculation means) 38 for calculating a required time from the speed detection position to the laser irradiation position based on the speed and the speed detection position, and a trigger A pulse generation circuit (a part of the trigger signal supply means) 39 for generating a pulse and a delay for supplying the trigger pulse generated by the pulse generation circuit 39 to the laser apparatus 2 with a time delay calculated by the time calculation unit 38 Circuit (part of trigger signal supply means) 41.
[0033]
In this example, the supply condition of the target T in the target supply device 5 is set in accordance with the repetition frequency f of the pulse of the laser light L.
Supply interval p (see FIG. 1), which is the distance between the target T supplied to the laser irradiation position of the plasma generator 3 and the target T positioned immediately before the target T and then supplied to the laser irradiation position. ) Is set to (p = 5 [cm]).
In addition, squeezing speed v₀(V₀= (D + s) f = (200 [μm] +100 [μm]) × 1 [kHz] = 30 [cm / s]).
[0034]
Further, the supply speed v of the target T supplied to the laser irradiation position₁(V₁= P / (1 / f) = 50 [m / s]).
In addition, time t_aIf a constant acceleration a is given during (v₁= At_a= 50 [m / s]), so (t_a= 50 [ms]), (a = 1000 [m / s²]).
Therefore, the length L of the acceleration region of the accelerated transport portion 24 is (L = (1/2) at_a ²= 1.25 [m]).
[0035]
Further, the external force F applied to the target T is that the mass m of the target T is determined as (m = 1.47 [mg]) from the volume and density when the initial velocity is 0 [m / s]. , (F = ma = 1.47 [N]).
As described above, when a charge of 500 [μC] is applied to the target T by the charging unit 23, the supply speed v₁Therefore, the DC voltage V applied between the electrodes 32a and 32b by the acceleration voltage generator 33 is (V = 3.65 [kV]).
[0036]
Next, the operation of the EUV generation apparatus of this example will be described with reference to FIGS.
In the target supply device 5, as shown in FIGS. 1 and 3, the rotary cutter 26 that rotates at a high speed of the processing unit 22 has a predetermined squeezing speed v from the ultra-low temperature ice making device 4.₀The target material squeezed out and sent via the transport pipe 21 is cut into a target T having a predetermined size and shape.
The cut target T passes through the inside of the cylindrical insulating member 27, is charged with a predetermined charge, and falls to the rear end portion of the insulating member 31. The charged target T is transported toward the laser irradiation position of the plasma generation device 3 while increasing the speed at a predetermined acceleration on the insulating member 31 by the acceleration voltage applied by the acceleration voltage generator 33.
[0037]
Here, when passing through the optical detectors 34 and 35 arranged on the transport path of the acceleration region of the target T, the emitted light emitted from the light emitting element 34a toward the light receiving element 34b, and the light emitting element 35a to the light receiving element 35b. The radiated light radiated toward is intercepted, and the light receiving elements 34b and 35b send corresponding detection signals to the speed calculation unit 37.
The speed calculation unit 37 first receives a detection signal from the light receiving element 34b, and receives a detection signal from the light receiving element 35b after a predetermined time. The speed calculation unit 37 counts the number of clock pulses based on the reference clock signal supplied from the reference clock generation circuit 36, the difference between the reception times of both detection signals, the optical detector 34 and the optical detector. Based on the distance from the detector 35, the speed at the speed detection position of the target T (the installation position of the optical detector 35) is calculated, and the speed information is sent to the time calculation unit 38.
[0038]
The time calculation unit 38 is based on the speed information sent from the speed calculation unit 37, the acceleration a applied to the target T set in advance, and the distance between the speed detection position of the target T and the laser irradiation position. Thus, the time required from the speed detection time of the target T to the arrival time at the laser irradiation position is calculated, and the required time information is given to the delay circuit 41.
The delay circuit 41 delays the trigger pulse supplied from the pulse generation circuit 39 based on the required time information sent from the time calculation unit 38 and supplies it to the laser device 2.
[0039]
Thus, the laser apparatus 2 receives the trigger pulse at a predetermined timing when the target T reaches the laser irradiation position, and irradiates the target T with the pulsed laser light L.
The pulsed laser light L emitted from the laser device 2 is converged by the condenser lens 8 and irradiated onto the target T. As a result, the target T is instantly turned into plasma, and EUVR is generated as radiation light by electron transition.
The EUVR is collected by the collector mirror 9 and taken out from the EUV take-out duct 11. The xenon recombined and returned to the gas is discharged from the exhaust duct 12 by the vacuum exhaust device, and re-absorption of EUVR during the next laser light irradiation is suppressed.
The above operation is repeated, and the laser device 2 repeatedly emits the pulsed laser light L at a predetermined repetition frequency f, irradiates the target T supplied one after another at high speed, and is converted into plasma. EUVR with a large amount of light (large output) is taken out.
[0040]
As described above, according to the configuration of this example, the laser device 2 emits the pulsed laser light L at a relatively high repetition frequency, and the target T is accelerated and transported toward the laser irradiation position correspondingly. Since the unit 24 accelerates and supplies one after another at a relatively high speed, EUV with a large amount of light (high output) can be obtained by relatively frequent repeated light emission.
In addition, the synchronization unit 25 detects the speed at a predetermined position on the transport path of the target T, and gives a trigger pulse to the laser device 2 at the timing when the target T reaches the laser irradiation position. The target T can be irradiated and turned into plasma.
[0041]
Further, since the size of the target T is such that it can be completely converted to plasma by irradiation with a single pulsed laser beam L, for example, there is no reabsorption of EUV due to gas remaining without being converted to plasma. Also, what has been recombined and returned to the gas is quickly exhausted by the vacuum exhaust device, and re-absorption of EUV at the time of laser light irradiation immediately after is suppressed, so that EUV with a larger amount of light can be obtained. Further, it is not necessary to perform exhaust at a higher speed than in the prior art.
In particular, the vacuum evacuation apparatus does not necessarily have a large size and high performance because it does not need to be performed at a high speed as compared with a case where gas is supplied as a target, for example.
Moreover, as described above, since relatively frequent light emission is possible, the size of the target T is made relatively small, and the repetition frequency f of the laser light L emission in the laser device 2 is increased, thereby further increasing the frequency. EUV with a large amount of light can be obtained efficiently.
[0042]
In addition, since an inert element solidified at an ultra-low temperature is used as the target T, it is possible to obtain a relatively high conversion efficiency and to prevent contamination of the collector mirror due to debris, for example.
Further, unlike the case where liquid or gas is supplied as a target, a nozzle for supplying the target is not required, so that thermal damage to the nozzle due to laser light irradiation near the nozzle is avoided. Ingenuity is also unnecessary, and there is no fear of contamination of, for example, the collector mirror due to debris derived from the nozzle.
[0043]
◇ Second embodiment
FIG. 4 is a waveform diagram showing temporal changes in the acceleration voltage generated in the acceleration voltage generation unit constituting the target supply device of the EUV generation apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The difference between this example and the first example described above is that, in the first example, an acceleration voltage having a constant magnitude is applied, whereas a pulsed acceleration voltage having a predetermined period is applied. It is.
Since the other configuration is substantially the same as the configuration of the first embodiment described above, the description thereof will be simplified.
[0044]
In this example, the accelerated transport portion 24 is a rectangular pulse train having a relatively short period between the electrodes 32a and 32b arranged at the front end portion and the rear end portion of the insulating member 31 transported while the target T is accelerated on the surface. The acceleration voltage generating unit 33 for accelerating the target T by applying the voltage is provided.
The waveform of the acceleration voltage generated by the acceleration voltage generator 33 and applied between the electrodes 32a and 32b is, for example, as shown in FIG.₀But (T₀= 2 [ms]) and a rectangular pulse shape with a duty ratio of 50 [%]. The height (voltage value) of the pulse is approximately 7.5 [kV]. Moreover, the length L of the acceleration area | region of the acceleration transport part 24 is set to (L = 2.5 [m]). Acceleration time t_aAs in the first embodiment, (t_a= 50 [ms]).
[0045]
According to the configuration of this example, substantially the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.
In addition, since a relatively high acceleration voltage is applied as a rectangular pulse with a relatively short period, each target T is reliably separated and accelerated, and the target T can be reliably matched even at a relatively high repetition rate. And can be supplied at high speed.
[0046]
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. Are also included in the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the case where the laser beam is irradiated from above along the substantially vertical direction and the target is supplied from the horizontal direction toward the laser irradiation position has been described, but the incident direction (irradiation direction) of the laser beam. In addition, the incident direction (supply direction) of the target is not particularly limited, and the angle between the two is not necessarily a right angle, and may be an obtuse angle or an acute angle.
Further, the target may be dropped (applied with an external force other than free fall or gravity) and irradiated with a laser beam from the horizontal direction, or not limited to the horizontal direction, but irradiated from diagonally above or diagonally below. Good.
The generated light wave is not limited to EUV, but includes visible light to gamma rays.
[0047]
Further, the target may be accelerated using centrifugal force and supplied to the plasma generating apparatus. For example, an arm-shaped member that rotates around a rotation shaft on one end side, receives a target from the upper side and places it on the other end side, and places a placement portion that restrains the target by surrounding the side surface is provided. A predetermined kinetic energy may be applied, the constraint may be released at a predetermined timing, and the target may be incident toward the laser irradiation position.
Here, a plurality of arm-shaped members may be provided, or a rotation shaft may be provided at the center and targets may be arranged at both ends. Further, the rotation may be stopped when receiving the target. Further, not only the arm-like member but also the disk-like member is rotated, and a recess is provided in which the target is accommodated in the peripheral portion and the bottom portion can be raised and lowered, and the target is released by raising the bottom portion at a predetermined timing. Also good.
As described above, the target supply device can be configured at a relatively low cost by the method of mechanically applying the kinetic energy to the target using the centrifugal force and supplying the target.
[0048]
Of course, the repetition frequency of the laser device is not limited to 1 [kHz] but may be a value higher than this. Further, for example, one pulse may be emitted every few [min] with energy of several [kJ].
Further, the target cut by the rotary cutter may be guided so as to slide obliquely downward without dropping as it is. The sensor for speed detection is not limited to a combination of a light emitting element such as an LED and a light receiving element, and may use a Doppler effect, for example.
The target material is not limited to xenon, and for example, other inert element solids such as argon and krypton, carbon dioxide solids, ammonia solids, and the like may be used.
[0049]
Further, the rotary cutter is not limited to a flat plate shape, and may be, for example, a spiral shape.
In addition, a plurality of throttle outlets of the ultra-low temperature ice making device may be provided. The target material may be cut out from each of the plurality of outlets, and the target may be accelerated in order and supplied toward the laser irradiation position. As a result, the target can be supplied at a higher speed, and a large amount of EUV can be extracted.
Further, a plurality of accelerated transport portions may be provided, and the target may be supplied from different directions toward the laser irradiation position, or a plurality of target supply devices may be provided.
In addition, the target is charged not only after the cutting by the rotary cutter but also before the cutting.
Further, based on the calculated speed and a preset speed, a control signal may be sent to the acceleration voltage generation unit to control the acceleration voltage and keep it constant. Similarly, the extraction speed of the target material, the rotation speed of the rotary cutter, the charging voltage, and the like may be controlled.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the configuration of the present invention, the target is accelerated toward the irradiation position of the laser beam and supplied one after another at a relatively high speed. Can be obtained.
For example, when pulsed laser light is emitted at a relatively high repetition frequency, the target can be supplied at a relatively high speed toward the laser irradiation position correspondingly.
In addition, the speed is detected at a predetermined position on the target transport path, and a trigger signal is given to the laser device, for example, at the timing when the target reaches the laser light irradiation position. Can be
[0051]
In addition, by setting the target size to a level that can be completely converted to plasma by, for example, one-time irradiation of a pulsed laser beam, there is no reabsorption of light waves due to residual gas that has not been converted to plasma, and recombination. Then, the gas that has returned to the gas is also quickly exhausted by the vacuum exhaust device, and reabsorption of the light wave at the time of laser light irradiation immediately after is suppressed, so that a light wave with a higher output can be obtained. Further, it is not necessary to perform exhaust at a higher speed than in the prior art.
In particular, the vacuum evacuation apparatus does not necessarily have a large size and high performance because it does not need to be performed at a high speed as compared with a case where gas is supplied as a target, for example.
[0052]
Further, since relatively frequent light emission is possible, it is possible to obtain a light wave with higher efficiency and higher output by reducing the size of the target and increasing the repetition frequency of laser light emission.
Further, when accelerating the target, by applying a relatively high acceleration voltage as a rectangular pulse having a relatively short period, each target is reliably separated and accelerated. For example, a pulse having a relatively high repetition frequency is obtained. Even in the case of irradiation with laser light, the target can be supplied reliably and at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an EUV generation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a plasma generation device of the EUV generation device and a synchronization unit of a target supply device.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
FIG. 4 is a waveform diagram showing temporal changes in acceleration voltage generated in an acceleration voltage generation unit constituting a target supply device of an EUV generation apparatus according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 EUV generator (light wave generator)
2 Laser equipment
3 Plasma generator
4 Ultra-low temperature ice making equipment
5 Target supply device
22 Processing part
23 Charging part (charging means)
24 Accelerated transport section (acceleration means)
25 Synchronizing part (synchronizing means)
29 Charging voltage generator
33 Acceleration voltage generator
34, 35 Optical detector (part of speed detection means)
36 Reference clock generation circuit (part of speed detection means)
37 Speed calculation part (part of speed detection means)
38 Time calculator (time calculation means)
39 Pulse generation circuit (part of trigger signal supply means)
41 Delay circuit (part of trigger signal supply means)
L Laser light
R EUV (light wave)
T target

Claims

A target supply device that turns into plasma when irradiated with laser light, radiates the applied excitation energy into light waves, and supplies a target made of a solid that becomes a gas by recombination;
A light wave generator comprising: a plasma generation device that irradiates the target supplied from the target supply device with laser light emitted from a laser device to turn the target into plasma and radiates light waves;
The target is given flight energy by charge acceleration by charging, and is supplied to the laser light irradiation position in synchronization with the laser light irradiation timing.

2. The light wave generator according to claim 1, wherein the laser light is repeatedly irradiated in a pulse shape at a predetermined repetition frequency.

The target supply device includes charging means for charging the target, and acceleration means for applying an acceleration voltage to the charged target to accelerate the target and supplying the target to the irradiation position of the laser light. The light wave generator according to claim 1 or 2.

4. The light wave generation according to claim 3, further comprising synchronization means for synchronizing the timing of irradiation of the laser light and the timing of supplying the target to the irradiation position of the laser light by the acceleration means. apparatus.

The synchronization means includes a speed detection means for obtaining a speed at a predetermined speed detection position of the target given kinetic energy by the acceleration means, and the speed of the target based on the speed obtained by the speed detection means. Time calculation means for obtaining a required time from the speed detection position to the laser light irradiation position, and a trigger signal for the laser light irradiation based on the required time obtained by the time calculation means 5. The light wave generator according to claim 4, further comprising trigger signal supply means for generating and supplying to the laser device.

6. The light wave generating device according to claim 3, wherein the acceleration voltage is applied while the voltage is changed over time so that a pulsed waveform is repeated at a predetermined period.

Accelerating means for placing the target on a rotating member that rotates about a predetermined rotation axis, applying flight energy by charging acceleration by charging, and discharging the target, and supplying the target to the irradiation position of the laser beam. The light wave generator according to claim 2, wherein:

The amount of the target to be supplied is set to an amount that is almost entirely converted into plasma by the energy of one pulse of the irradiated pulsed laser light. The light wave generator described in 1.

The light wave generator according to any one of claims 1 to 8, wherein the target is made of a crystalline solid of an inert element containing xenon.

A target supply step of supplying a target made of a solid that becomes a gas by recombination while radiating the excitation energy converted into plasma by being irradiated with laser light and radiating it instead of a light wave;
A light wave generation method comprising: a plasma generation step of irradiating the target supplied from the target supply device with a pulsed laser beam emitted from a laser device to convert the target into plasma and radiating a light wave;
In the target supply step, the target is given flight energy by charge acceleration by charging, and is supplied to the irradiation position of the excitation energy beam in synchronization with the irradiation timing of the excitation energy beam. Light wave generation method.

11. The light wave generation method according to claim 10, wherein the laser beam is repeatedly irradiated in a pulse shape at a predetermined repetition frequency.

The target supply step includes a charging step of charging the target, and an acceleration step of applying an acceleration voltage to the charged target to accelerate the target and supplying the target to an irradiation position of the excitation energy beam. The light wave generating method according to claim 10 or 11.

The target supply step includes a synchronization step for synchronizing the timing of irradiation of the laser light and the timing of supplying the target to the irradiation position of the laser light in the acceleration step. 13. The light wave generating method according to 12.

The synchronization step is based on a speed detection step for obtaining a speed at a predetermined speed detection position of the target to which flight energy is given by charge acceleration by charging in the acceleration step, and the speed obtained in the speed detection step. A time calculating step for obtaining a required time from the speed detection position of the target to the irradiation position of the laser light, and the laser light irradiation based on the required time determined in the time calculating step. 14. The light wave generation method according to claim 13, further comprising a trigger signal supply step of generating and supplying a trigger signal for the purpose.

15. The light wave generation method according to claim 12, 13, or 14, wherein the acceleration voltage is applied while the voltage changes over time so that a pulse-shaped waveform is repeated at a predetermined period.

In the target supplying step, the target is placed on a rotating member that rotates around a predetermined rotation axis, and flight energy is applied and discharged by charging acceleration by charging , and the target is supplied to the irradiation position of the laser beam. The light wave generating method according to claim 11, comprising:

The amount of the target to be supplied is set to an amount that is almost entirely converted into plasma by the energy of one pulse of the irradiated pulsed laser beam. The light wave generating method as described in 2.

18. The light wave generating method according to claim 10, wherein the target is made of a crystalline solid of an inert element containing xenon.